91Ë¿¹ÏÊÓƵ

Une équipe de recherche de l’Université 91Ë¿¹ÏÊÓƵ a mis au point un dispositif novateur qui génère, à des températures extrêmement basses, des particules semblables aux ondes sonores : les phonons. Cette technologie pourrait être utilisée pour la création de lasers à phonons et avoir des applications en communications et en diagnostic médical.

« Les communications modernes reposent en grande partie sur la lumière, notamment les ondes électromagnétiques et les courants électriques. Or, le son peut voyager dans certains milieux où la lumière et les courants électriques ne peuvent pas se déplacer, par exemple les océans », explique, professeur agrégé de et coauteur de l’étude. « Les ondes sonores peuvent avoir des applications pratiques dans le corps humain également. »

L’appareil a été construit et analysé à l’Université  91Ë¿¹ÏÊÓƵ et au Conseil national de recherches du Canada (CNRC). Le matériau a été synthétisé à l’Université de Princeton.

Les électrons rapides produisent des vibrations semblables aux vibrations sonores

Le dispositif fait passer un courant électrique à travers une couche de cristal en deux dimensions et piège des électrons dans un canal situé dans une zone d’une épaisseur de quelques atomes seulement. Les scientifiques ont découvert que lorsque les électrons étaient poussés avec suffisamment de force à travers ce canal, ils libéraient de l’énergie sous forme de vagues de vibrations semblables à des vibrations sonores – les phonons –, selon des schémas prévisibles et modulables.

Pour obtenir cet effet, ils doivent refroidir le dispositif à des températures comprises entre 10  millikelvins et 3,9  kelvins, environ, pour rendre le comportement des électrons plus prévisible et permettre l’observation des effets quantiques, qui se produisent lorsque la matière se comporte comme des ondes plutôt que comme des particules solides.

« À la température nulle – c’est-à-dire dans l’univers de la physique quantique –, aucun son ne se produit, à moins que les électrons ne se déplacent ensemble à la vitesse du son ou à une vitesse supérieure », explique Michael  Hilke. « Des études précédentes ont permis d’observer des effets connexes lorsque des électrons se déplaçaient à une vitesse voisine de celle du son. » « Nous poussons le système bien au-delà de ce point et montrons qu’il faut réévaluer les théories existantes pour tenir compte du fait que les électrons peuvent être très chauds, même si la température du cristal hôte est proche du zéro absolu. »

De nouveaux matériaux pourraient accélérer la vitesse

Michael  Hilke indique que la prochaine étape consistera à étudier d’autres matériaux de fabrication, tels que le graphène, pour accélérer encore davantage le fonctionnement de l’appareil.

Cette accélération pourrait ouvrir la voie à une technologie de communications à haute vitesse, ainsi qu’à la mise au point d’outils de détection, de matériaux biologiques et de systèmes médicaux de pointe.

« Les phonons sont difficiles à générer et à maîtriser; c’est pourquoi nous explorons de nouveaux schémas. » « Plus globalement, nous cherchons à comprendre la circulation et la conversion du courant électrique et de l’énergie à l’intérieur de matériaux électroniques de pointe », précise-t-il.

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L’article «  », par Michael Hilke et coll., a été publié dans la revue Physical Review Letters.

Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et part le Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies.